介孔二氧化硅磁性复合微球的制备及漆酶固定化

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介孔二氧化硅磁性复合材料显著地特点是具有可调的孔径,较高的比表面积,较大的孔体积以及较好的磁响应性能,是一种优异的生物酶固定化载体,有利于复合载体材料的分离回收。漆酶是一种多酚氧化酶,在药物的靶向输送和污水处理等领域具有重要的应用前景。以介孔二氧化硅磁性复合材料为载体固定化漆酶,可以通过磁场实现固定化漆酶的分离回收及重复利用。本文分别以β-FeOOH/SiO2微球与β-FeOOH空心微球为内核,CTAB为模板剂,TEOS为硅源,经水解缩聚反应,并在空气中焙烧(500℃,5h)去除模板、还原气氛(4%H2,96%Ar,350℃,2h/400℃,4h)条件下焙烧得到介孔SiO2磁性复合微球。以介孔SiO2/Fe3O4/SiO2磁性复合微球与介孔SiO2/Fe3O4磁性中空微球为载体材料,采用物理吸附法对漆酶进行固定。分析了反应体系的pH、温度、铁源与硅源的浓度对样品微观形貌的影响,考察了介孔二氧化硅磁性材料的微观结构对固定化漆酶的吸附行为的影响,以及pH、温度对固定化漆酶活性和稳定性的影响。实验结果表明,以β-FeOOH中空微球为核心,TEOS的浓度为0.053mol/L,CTAB的浓度为0.049mol/L时,得到的介孔SiO2/Fe3O4中空微球的介孔SiO2包覆层厚度约为50nm,包覆效果最好,平均孔径为4.3nm。当漆酶分子进入到介孔SiO2/Fe3O4中空微球的介孔孔道后,比表面积与孔体积由原来的772.79m2/g和0.83cm3/g分别减小为390.15m2/g和0.66cm3/g。介孔SiO2/Fe3O4中空微球对漆酶的最佳固定时间为3h,对漆酶的固定量为280.7mg/g,介孔SiO2中空微球中单位质量介孔SiO2对漆酶的有效固定量高达689.24mg/g,吸附速率常数k2=0.00342g/(mg·h),其固定量与吸附速率较纯介孔材料MCM-41都有很大程度的提高。游离漆酶在50℃,pH=4时的活性最大,介孔SiO2/Fe3O4中空微球的活性在50℃,pH=4.5时达到最大。固定化漆酶的热稳定性和pH稳定性都明显高于游离漆酶。随着反应体系温度的升高,当温度小于60℃时,固定于介孔SiO2/Fe3O4中空微球中的漆酶仍保留65%以上的剩余活性。在pH=3~7的范围内,介孔SiO2/Fe3O4中空微球固定化漆酶的剩余活性仍在75%以上。漆酶经固定化后,它的米氏常数(Km=1.046mmol/L)与游离漆酶相比明显增大,固定化漆酶与底物的亲和力下降。当2,4-二氯苯酚的浓度为10mg/L时,固定漆酶对2,4二氯苯酚的去除率在6h时达到81.64%,固定漆酶具有很好的催化活性。
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